高密度聚乙烯土工膜性能及其受到聚乙烯原料的影響分析

夏 璐

(江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,江西 南昌 330001)

引言

聚乙烯土工膜具有非常低的滲透性,一般情況下都用在土木工程的防滲中。和普通的防水材料對比,其具有強(qiáng)度大、滲透系數(shù)低以及連接性優(yōu)越等多方面的顯著優(yōu)勢,所以其在水土保持、環(huán)境整改、綠化環(huán)境和避免土地沙漠化等工程中也扮演著關(guān)鍵角色。按照原料構(gòu)成進(jìn)行分類,可以分為高密度的、低密度的以及線性低密度等三種,其中高密度的防滲透性能及強(qiáng)度最佳,使用最為普遍。

1 高密度聚乙烯土工膜性能

聚乙烯土工膜的成型工藝主要有兩種類型,第一種是壓延成型工藝,第二種是吹塑成型工藝。前者簡單明了,不過對三輥壓光機(jī)輥筒的光潔度要求極高,制作出來的土工膜橫向厚度均勻性極差。而后者則能夠有效規(guī)避這一漏洞,憑借對風(fēng)壓以及牽引速度的調(diào)控,每個方向都可以拉伸土工膜,所以成品力學(xué)性能較為理想[1]。

投入于施工中的高密度聚乙烯土工膜,必須具有良好的抗壓性,極強(qiáng)的沖擊強(qiáng)度和焊接性能,并且還需具備耐低溫、防滲透以及卓越的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性。高密度聚乙烯的牌號豐富多樣,現(xiàn)階段普遍用于制造土工膜的有K360、TR400以及3721C等。

2 聚乙烯原料對高密度聚乙烯土工膜主要性能的影響

本次實(shí)驗(yàn)使用吹塑成型工藝,使用FB1350、3721C、K306、TR400、TR480AT以及9455F等牌號的聚乙烯作為樹脂材料,制造編號A～H等八種厚度為2mm的雙光面HDPE土工膜,配方密度分別為0.9506、0.9525、0.9525、0.9525、0.9601、0.9696、0.9559以及0.9661。

2.1 對力學(xué)性能的影響

從下表1中不難發(fā)現(xiàn),密度最低的A只有屈服強(qiáng)度不夠理想,其他力學(xué)性能都不錯,并且其斷裂伸長率是所有試樣中最大的。這主要是因?yàn)橹圃霢的FB1350為優(yōu)化之后的樹脂,分子量分布中,雙峰性突出,不僅具備低分子量樹脂的柔韌性,同時也具有高分子量樹脂的極高強(qiáng)度。

B、C及D三者的密度一致,而且屈服、撕裂以及穿刺的強(qiáng)度均和E相近,并且斷裂強(qiáng)度超過了F,這主要是因?yàn)樗鼈兊木垡蚁渲怯搔料N單體和乙烯單體集聚而成的。在分子鏈當(dāng)中,α烯烴的基團(tuán)產(chǎn)生長支鏈,讓它們的力學(xué)性能都得到了優(yōu)化[2]。因?yàn)棣料N的類型和含量方面的差異,致使三者的力學(xué)性能相差不大。

G與H的生產(chǎn)原料來自于K306和9455F的混合物質(zhì),后者成分中的9455F含量多于前者。將C、F、G以及H進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn),9455F含量越高,那么土工膜的斷裂強(qiáng)度越低,二則為負(fù)相關(guān)關(guān)系。原因在于9455F含量越高,那么高分子量鏈組分的含量就會增多,混合物的分子柔順性便會下滑,導(dǎo)致屈服強(qiáng)度大于斷裂強(qiáng)度。和C相比,F的屈服強(qiáng)度更加理想,不難發(fā)現(xiàn),隨著9455F含量的提升,土工膜的屈服強(qiáng)度也會隨之強(qiáng)化。

表1 2毫米雙光面高密度聚乙烯土工膜力學(xué)性能

2.2 對焊接性能的影響

保持同等的焊接溫度(420℃)、壓力(1200牛)以及時間,使用相同的焊接機(jī),對各種不同成分的高密度聚乙烯土工膜展開焊接,隨后借助于便攜式拉力機(jī),對焊接剝離斷裂值展開測定。

表2 2mm雙光面高密度聚乙烯土工膜焊接剝離斷裂值

縱觀表2可以發(fā)現(xiàn),所有的高密度聚乙烯土工膜的剝離斷裂之均滿足GM19以及GB/T17643-2011的標(biāo)準(zhǔn)。如果材料不一樣,那么焊接剝離斷裂值也會存在差異。

不僅焊接的穩(wěn)定、壓力以及時間會影響高密度聚乙烯土工膜的剝離強(qiáng)度,聚乙烯樹脂的分子構(gòu)造同樣也是影響因素之一。所以在實(shí)施焊接時,焊接條件應(yīng)當(dāng)視高密度聚乙烯土工膜的材質(zhì)而定,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最理想的焊接效果,保障剝離斷裂值達(dá)到最高。

2.3 耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能

環(huán)境應(yīng)力開裂指的是材料于環(huán)境和應(yīng)力雙重因素的共同作用之下出現(xiàn)的開裂。K360、3720C以及TR400均超過3000小時,主要是由于在分子鏈之中,存在α烯烴產(chǎn)生的長支鏈,所以時間遠(yuǎn)超過GM13以及GB/T17643-2011的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能非常理想。而TR480AT雖然耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能也不錯,但是因?yàn)槊芏容^高,所以單位面積所需耗費(fèi)量更大的材料,施工成本較高[3]。至于9455F,并未達(dá)到GM13以及GB/T17643-2011的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,所以必須進(jìn)行改性,才可以投入土工膜的生產(chǎn)當(dāng)中。

3 結(jié)語

總的來說,中密度聚乙烯的綜合性能較為理想,這主要源于其特殊的分子結(jié)構(gòu),比方說α烯烴長支鏈。在實(shí)施焊接的過程中,焊接條件應(yīng)當(dāng)視高密度聚乙烯土工膜的材質(zhì)而定,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最理想的焊接效果。密度較低的中密度乙烯的耐環(huán)境應(yīng)開力性能和力學(xué)性能都不是非常理想,但是用來制造同規(guī)格聚乙烯土工膜,所耗費(fèi)的材料量很低,適合用來制造高質(zhì)量的高密度聚乙烯土工膜。